第十三章第5節(jié)：能量量子化

1在火爐旁邊有什么感覺(jué)？投在爐中的鐵塊開(kāi)始是什么顏色？過(guò)一會(huì)有是什么顏色？加熱鐵21.概念：固體或液體，在任何溫度下都在輻射各種波長(zhǎng)的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。固體在溫度升高時(shí)顏色的變化1400K800K1000K1200K

例如：鐵塊溫度從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色。一、熱輻射現(xiàn)象33.特點(diǎn)：輻射強(qiáng)度及波長(zhǎng)的分布隨溫度變化；隨著溫度升高，電磁波的短波成分增加。注意：

激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射。直覺(jué):低溫物體發(fā)出的是紅外光；

熾熱物體發(fā)出的是可見(jiàn)光；

高溫物體發(fā)出的是紫外光。4.熱輻射的主要成分：室溫時(shí)，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波；高溫時(shí)，波長(zhǎng)較短的電磁波。4一座建設(shè)中的樓房還沒(méi)安裝窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠(yuǎn)處看窗內(nèi)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？為什么？向遠(yuǎn)處觀察打開(kāi)的窗子近似黑色5物體表面能夠吸收和反射外界射來(lái)的電磁波。如果一個(gè)物體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁波都完全吸收，而不反射與透射，則稱這種物體為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。黑體是個(gè)理想化的模型。黑體模型不透明材料制成的帶小孔的空腔空腔上的小孔二、黑體與黑體輻射6普朗克能量子假說(shuō)1.輻射物體中包含大量振動(dòng)著的帶電微粒，它們的能量是某一最小能量的整數(shù)倍：E=nε

n=1，2，…2.ε

叫能量子，簡(jiǎn)稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)—能量量子化；3.諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量；4.對(duì)于頻率為

ν

的諧振子，最小能量為：ε

=hν

h=6.62610─34J·s—普朗克常量能量量子經(jīng)典3、能量子7

4.能級(jí)

微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng)，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫作能級(jí)通常情況下，原子處于能量最低的狀態(tài)，這是最穩(wěn)定的。氣體放電管中的原子受到高速運(yùn)動(dòng)的電子的撞擊，有可能躍遷到較高的能量狀態(tài)。這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍遷，放出光子。原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)放出的光子的能量，等于前后兩個(gè)能級(jí)之差。由于原子的能級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。8既然燈向外輻射的光能是分立的，一份份的。為何我們看不到燈的亮度發(fā)生變化？1.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化。2.在研究微觀粒子時(shí)必需考慮能量量子化。91.熱輻射現(xiàn)象2.黑體與黑體輻射黑體：吸收而不反射電磁波3.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律溫度升高，輻射強(qiáng)度增加，強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)4.能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)5.普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射ε

=hν

h=6.62610-34J·s——普朗克常量101.下列敘述正確的是(

)A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫

度有關(guān)D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波ACD112.煉鋼工人通過(guò)觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計(jì)出爐內(nèi)的溫度，這是根據(jù)什么道理?根據(jù)熱輻射的規(guī)律可知，當(dāng)物體的溫度升高時(shí)，熱輻射中較短波長(zhǎng)的成分越來(lái)越強(qiáng)，可見(jiàn)光所占份額增大，溫度越高紅光成分減少，頻率比紅光大的其他顏色的光，為橙、黃、綠、藍(lán)、紫等光的成分就增多。因此可根據(jù)爐內(nèi)光的顏色大致估計(jì)爐內(nèi)的溫度。123.對(duì)應(yīng)于3.4×l0─19J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長(zhǎng)各是多少？它是什么顏色？解：根據(jù)公式ε=hν和ν=c/λ得

ν

=

ε/h=

5.13×1014

Hz

λ